926 MECHANIK NR 8–9/2016

Urządzenia automatyki przemysłowej w środowisku Industry 4.0

Industrial automation products in the conception of Industry 4.0

PIOTR SZULEWSKI * DOI: 10.17814/mechanik.2016.8-9.329

Omówiono propozycje programowo-sprzętowe związane z wprowadzaniem koncepcji Industry 4.0 do praktyki przemy-słowej, zaprezentowane podczas Hannover Messe 2016 przez różnych producentów. Te rozwiązania wspierają podstawowe komponenty idei Industry 4.0, takie jak: sieci przemysłowe, systemy cyberfizyczne czy Internet rzeczy.SŁOWA KLUCZOWE: Hannover Messe 2016, Industry 4.0, ste-rowniki PLC, inteligentna fabryka, Internet rzeczy, sieci prze-mysłowe

The article discusses presented by various manufacturers at Hannover Messe 2016 new and sophisticated products related to the concept of Industry 4.0 in industrial practice. These products support the basic components of this idea, such as industrial networks, cyberphysical systems or the Internet of things.KEYWORDS: Hannover Messe 2016, Industry 4.0, PLC control-lers, IoT, Smart factory, field communication

Podczas kwietniowych targów automatyki przemysło-wej, które corocznie odbywają się w Hanowerze, prak-tycznie każdy z wystawców proponował rozwiązania przygotowane specjalnie pod kątem wymagań: koncepcji Industry 4.0, Internetu rzeczy – IoT (Internet of Things), inteligentnej fabryki (smart factory) czy zaawansowanych systemów komunikacji – M2M (machine to machine). Ob-serwując stoiska wytwórców oraz ich prezentacje praso-we, seminaria i pokazy, można było odnieść wrażenie, że jedynym przewidywanym kierunkiem rozwoju przemysłu jest cyfrowa fabryka z pełną integracją informatyczną jej składników i zasobów. Wszyscy producenci w swoich materiałach informacyjnych podkreślają korzyści płynące z wdrożenia koncepcji inteligentnego zakładu, takie jak: obniżenie nakładów, zwiększenie elastyczności wytwa-rzania, skrócenie czasu produkcji, wzrost niezawodno-ści parku maszynowego czy poszerzenie asortymentu produkcji. Spodziewany 10-procentowy wzrost obrotów przedsiębiorstw i 10-procentowy spadek kosztów pro-dukcji po wprowadzeniu Industry 4.0 to atrakcyjna wizja, która skutecznie przekonuje użytkowników urządzeń automatyki do nowej idei i zaawansowanej technologii in-formatycznej.

Omron

Koncepcja przedstawiana przez firmę Omron nawiązuje do opublikowanej przez jej założyciela w latach 70. teorii Sinic, określającej wzajemne zależności pomiędzy społe-czeństwem, nauką i technologią. Zgodnie z tą koncepcją efekty badań naukowych pozwalają na wprowadzenie no-wych technologii, adekwatnych do wymagań formułowa-nych przez konsumentów. Dialog i wzajemna współpraca

* Dr inż. Piotr Szulewski (maxer@cim.pw.edu.pl) – Instytut TechnikWytwarzania, Wydział Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej

pomiędzy naukowcami, producentami i konsumentami stymulują kreatywność tak potrzebną w rozwiązywaniu nowych problemów, a więc idealnie wpisuje się w pomysł Industry 4.0.

Model inteligentnej fabryki przyszłości można przedsta-wić jako automatyzację mającą formę działań: zintegro-wanych (bezproblemowa współpraca zaawansowanych sterowników), inteligentnych (tworzenie zagregowanych informacji o realizowanej produkcji) i interaktywnych (har-monijna oraz skuteczna współpraca ludzi i urządzeń tech-nologicznych). Na to składają się trzy główne środowiska: inteligentne usługi, inteligentne czujniki oraz inteligentne systemy (charakteryzujące się odpowiednimi usługami interfejsowymi, modułową budową i w pełni wymienialną strukturą, a także adaptacyjną funkcjonalnością i całkowi-tą decentralizacją realizowanych zadań).

W zadaniach związanych z wymianą informacji firma skupia się na trzech głównych systemach transmisji da-nych. Dla warstwy systemów MES/ERP M2M i w celu zapewnienia bezpieczeństwa będzie zastosowane śro-dowisko Ethernet/IP. Do przesyłania danych w grupach maszyn i w obrabiarkach, nadzorowania napędów, trans-misji graficznych i zapewnienia bezpieczeństwa zostanie wykorzystany standard EtherCat. W najniższej warstwie (switch and actuator) związanej z częstym przesyłaniem krótkich informacji pomiędzy podstawowymi układami wy-konawczymi i czujnikami oraz z badaniem statusu kompo-nentów środowiska technologicznego będzie zastosowa-na sieć przemysłowa IO-link.

Realizację pełnego połączenia (integracji informatycz-nej) wszystkich komponentów automatyki w zakładzie przemysłowym ma umożliwić nowa platforma sterowni-ków programowalnych o nazwie Sysmac (rys. 1). Jest ona nieustannie rozwijana od lat 70. Obecnie w jej struk-turze sprzętowej wykorzystano procesor Intel® Atom™ i7 lub Core™ oraz system operacyjny czasu rzeczywistego – RTOS (real-time operating system). Zalety takiego roz-wiązania to: możliwość znacznie szybszego opracowaniasterowania, lepsza zdolność sterowania do reagowania,łatwe skalowanie koniecznej wydajności przetwarzaniadzięki zastosowaniu mikroprocesorów należących do jed-nej rodziny.

Zgodnie z filozofią maksymalnego upraszczania struk-tury sterowania firma Omron proponuje:● jeden uniwersalny sterownik (zgodny ze światowymistandardami CE, cULus, NK, LR) o strukturze integrującej sterowanie sekwencyjne, obsługę napędów, wizualizację i komunikację, programowany zgodnie z zaleceniami nor-my IEC 61131-3, umożliwiający swobodne sterowanie do 256 niezależnych osi z wykorzystaniem interpolacji linio-wej i kołowej;● jeden standard sieci (EtherCAT) do komunikowaniasię ze wszystkimi urządzeniami peryferyjnymi wchodzą-cymi w skład maszyny technologicznej (serwonapędami,inwerterami, systemami wizyjnymi, robotami, czujnikami,

Rys. 1. Platforma systemowa Sysmac firmy Omron: sieć sterująca (czas rzeczywisty) – EtherCAT, sieć do programowania i raportowania – EtherNet/IP (źródło: www.omron-ap.com)

systemami bezpieczeństwa i in.), wspierający obsługę do 512 punktów sieciowych z gwarantowanym czasem transmisji pakietu 100 μs (przy opóźnieniu nieprzekracza-jącym 1 μs), pozwalający na automatyczne adresowanie wszystkich końcówek i dowolną topologię połączeń. Dzię-ki stosowaniu standardowych przewodów i wtyczek sieci Ethernet możliwe jest obniżenie kosztów implementacji, a dzięki bezpośredniemu wsparciu popularnych interfej-sów wymiany danych – połączenie z systemami wspiera-nia zarządzania zakładem;● jedno zunifikowane i wydajne środowisko progra-mistyczne obsługujące zadania sterowania, napędy,przetwarzanie wizyjne, zadania bezpieczeństwa i pane-le operatora, wyraźnie przyspieszające kompleksoweprojektowanie systemu sterowania, obsługujące językiprogramowania zgodne ze standardem IEC 61131-3,wspierające zaawansowane symulacje 3D dla kontrolizłożonych ruchów osi. W symulatorze programowym do-stępna jest emulacja wszystkich funkcji sterownika z moż-liwością wizualizacji stanu.

Beckhoff Automation

Beckhoff Automation to znany producent sterowników programowalnych klasy PLC, PAC i CNC. Do ich progra-mowania firma oferuje zintegrowane, specjalizowane śro-dowisko inżynierskie TwinCAT, a wraz z nim dwa nowe narzędzia programowe bezpośrednio wspierające idee In-dustry 4.0 oraz IoT. Moduł TwinCAT Analytics for Industry 4.0 składa się z czterech głównych bloków:● rejestratora (logger) – środowiska bazodanowego re-alizującego cykliczną archiwizację dużych ilości danychprzechowywanych w strukturach umożliwiających wyko-nywanie „zdjęć” obserwowanego procesu lub urządzenia;● pulpitu do analizowania zebranych danych (workbench), będącego w istocie narzędziem do zaawanso-wanej analizy (online i offline) tych danych. Możliwe jestdołączanie własnych unikalnych procedur i formuł tworzo-nych w powszechnie uznanych środowiskach programi-stycznych – C#, C++ czy Matlab;● biblioteki procedur analitycznych (analytics library)służących do bezpośredniego dodawania odpowiednichfunkcji do programu PLC i pozwalających na szybkiewykonywanie zaawansowanych obliczeń bezpośredniow procesorze sterownika;● specjalnego narzędzia zapewniającego współpracęlokalnej bazy danych z publicznymi systemami chmurobliczeniowych (cloud storage) i pracującego w trybie

pośrednika, który odpowiada na żądania dostępu do da-nych, zgłaszane przez zewnętrzne urządzenia mające od-powiednie zezwolenia i przywileje.

Według firmy Beckhoff skuteczne połączenie technolo-gii informatycznej oraz współczesnych układów i elemen-tów automatyki przemysłowej warunkuje nowe możliwości w zakresie zaawansowanego i elastycznego sterowania wytwarzaniem. Równie ważne jest odkrycie nowych i do-tychczas niewykorzystywanych źródeł informacji, pozwa-lających na precyzyjną kompletację rzeczywistego obrazu realizowanej produkcji. Internet rzeczy to jedno z bardzo istotnych źródeł tych informacji (rys. 2). Właśnie dlatego firma proponuje dodatkowe moduły programowe – jako składniki środowiska inżynierskiego TwinCAT – przezna-czone do obsługi zadań i procesów charakterystycznych dla IoT. Są to: ● serwer/klient OPC UA for IoT – ten moduł, instalowa-ny jako usługa, umożliwia programom sterowania two-rzonym w środowisku TwinCAT współpracę z serweramiOPC i udostępnianie aplikacjom zewnętrznym danychpochodzących bezpośrednio z pamięci sterowników PLC;

Rys. 2. Koncepcja Internetu rzeczy według firmy Beckhoff (źródło: www.beckhoff.com)

MECHANIK NR 8–9/2016 927

928 MECHANIK NR 8–9/2016

● moduł komunikacji (IoT communication) – jest tozespół procedur umożliwiających wysyłanie/odbieraniekomunikatów w standardzie MQTT (message queingtelemetry transport protocol) oraz AMQP (advancedmessage queing protocol). Te protokoły są powszech-nie wykorzystywane do efektywnego przesyłania krótkichkomunikatów w sieciach o stosunkowo nieskomplikowa- nej budowie, a więc występujących we wbudowanychkontrolerach elementów automatyki (np. zaworach, czuj-nikach czy sygnalizatorach). Komunikacja jest tu reali-zowana w modelu publikowania i subskrybowania odpo-wiednich komunikatów;● interfejsy chmury (IoT functions) – są to specjalneprogramy umożliwiające przesyłanie, przechowywaniei przetwarzania danych w systemach chmury oblicze- niowej. Działają jako wywoływane funkcje. Obecniewspierane są dwa popularne standardy chmury: MicrosoftAzure i Amazon AWS;● bramka danych (data agent) – te aplikacje działają jakoniezależne od środowiska TwinCAT. Są zdolne pobieraćdane bezpośrednio ze sterownika procesu i przesyłaćje do wybranej chmury obliczeniowej albo samodzielnieformułować komunikaty w protokołach MQTT lub AMQP.Zabudowane specjalne mechanizmy buforowania danychzabezpieczają dane przed utratą;● komunikator – służy do łatwego i wydajnego przesy-łania danych procesowych, np. ze sterowników PLC dodowolnych odbiorców (urządzeń). Komunikacja jest dwu-stronna, co oznacza, że również urządzenia zewnętrznemogą przesyłać swoje dane. Aplikacja pracuje w trybiepublikacja-subskrypcja z własnym buforem danych, cozapewnia ich udostępnianie „na żądanie”;● komunikator dla urządzeń mobilnych (communicatorapp) – to specjalne oprogramowanie ułatwiające prowa-dzenie zdalnej obserwacji monitorowanego procesu zapomocą narzędzi mobilnych (telefonu, smartfona, table-tu), przy czym wymagane jest połączenie z siecią Internet.Wymiana danych ze sterownikiem odbywa się za pomocąpredefiniowanego serwisu w obszarze chmury oblicze- niowej.

Siemens Industry Software

Przedsiębiorstwo, które mimo ostrej konkurencji chce się utrzymać na rynku, musi sprostać wielu wyzwaniom – m.in. powinno dążyć do zwiększania elastycznościprodukcji i skracania czasu jej cyklu, indywidualizowaniaoferty przy produkcji masowej oraz minimalizacji zużyciaenergii i zasobów. Musi więc optymalizować zarządzaniezasobami, aby maksymalnie wykorzystać cały swój po-tencjał – dotyczy to zarówno etapu projektowania i pla-nowania produkcji, jak i inżynierii procesu, marketinguczy usług posprzedażowych. Mając to na uwadze, firmaSiemens Industry Software przedstawiła swoją koncepcjęcyfrowej fabryki przyszłości. Jest to zestaw zaawansowa-nego oprogramowania pod wspólną nazwą Digital Enter-prise Software Suite. Według zapewnień jego autorów za-proponowane środowiska programowe są w pełni zgodnez wymagania koncepcji Industry 4.0. Elementy zestawuto zaawansowane narzędzia, nieustannie rozwijane odponad 15 lat: PLM (product lifecycle management), MES(manufacturing execution system), TIA (totally integratedautomation), QMS (quality management system), projek-towanie produktów (CAD/CAM/CAE).

Cyfrowa fabryka oznacza konieczność gromadzenia, przechowywania i przetwarzania bardzo dużej ilości da-nych, w tym szczegółowego analizowania wielu prze-

chwyconych i posiadanych informacji (big data) w celu wybrania tych istotnych, niezbędnych do podejmowania trafnych decyzji. Oczywiście do tego potrzebne są wy-specjalizowane narzędzia informatyczne. Firma Siemens Industry Software promuje swój produkt o nazwie Mind-Sphere – Siemens Cloud for Industry (czyli Chmura dla przemysłu), który – jak głosi slogan reklamowy – prze-niesie realną produkcję do świata wirtualnego. Najpierw wszystkie dane firmowe zdefiniowane przez klienta będą zbierane i przekazywane – w ustalonych odstępach cza-su – do MindSphere, następnie będą poddane analizie i selekcji, aż w końcu informacje istotne dla optymalizacji zostaną udostępnione sferom decyzyjnym.

Przykładem wyspecjalizowanego urządzenia przezna-czonego do wspierania współpracy systemu automatyki z chmurą obliczeniową jest Simatic IOT2000 – sprzętowa bramka (gateway), zbierająca, przetwarzająca i przecho-wująca różnorodne dane pochodzące z produkcji oraz udostępniająca je narzędziom analitycznym pracującym w wybranej chmurze (np. MindSphere – Siemens Cloud for Industry). Dodatkowo bramka może pełnić funkcję programowalnego interfejsu do zakładowego systemu klasy ERP. Jest wyposażona w efektywne procesory In-tel Quark (o niewielkim zużyciu energii) i wiele rozma-itych sprzęgów komunikacyjnych. Może być łatwo zapro-gramowana z wykorzystaniem jednego z wielu języków wysokiego poziomu.

Według firmy Siemens Industry Software profesjonalna komunikacja przemysłowa spełnia trzy podstawowe zada-nia, dość istotnie różniące się między sobą. Są to:● zdalny nadzór (telecontrol) – monitorowanie/sterowa-nie rozproszonych systemów automatyki znajdujących sięw różnych lokalizacjach, gdzie dane są dostarczane dojednego lub kilku centrów nadzoru. Połączenie jest reali-zowane przez cały czas lub – gdy zachodzi konieczność– zestawiane ad hoc. Wymagania dotyczące gwaranto-wanej przepustowości łącza nie są zbyt wygórowane.Możliwa jest optymalizacja połączenia, tak aby w niewiel-kim stopniu zajmować dostępne medium transmisyjne;● zdalne serwisowanie (teleservice) – wspieranie dzia-łań związanych z naprawami, ustawieniami i parametramitechnicznymi urządzeń automatyki. Nadzór stanu sterow-ników i analiza ich zachowania są przeprowadzane podkątem prewencyjnym, tj. w celu uniknięcia krytycznychawarii. Połączenia zazwyczaj są sporadyczne, zgodniez ustalonym harmonogramem przeglądów okresowych.W tym przypadku wymagana jest stabilna komunikacja,a więc dobrej jakości połączenie z zachowaniem odpo-wiednio dużej przepustowości, co jest związane z prze-syłaniem dużej ilości danych diagnostycznych, wymianąoprogramowania itp.;● zdalna komunikacja (remote communication) – prze-syłanie informacji związanych z regularną pracą urzą-dzeń automatyki, tj. danych z monitorowania stanuprocesu, danych o charakterze pomiarowym, strumienigraficznych i wideo, danych o stanach awaryjnych itp.W przypadku tych zadań połączenie jest na ogół trwałe,rzadziej zestawiane okazjonalnie. Wymagania dotyczą-ce przepustowości są zazwyczaj najwyższe. Transmisjadanych jest realizowana w sieciach stałych i ruchomychw zależności od konkretnej aplikacji i potrzeb sterowane-go procesu.

Do realizacji tych zadań firma Siemens Industry Soft- ware proponuje specjalne sprzętowe systemy transmi-syjne należące do nowej rodziny Scalance (rys. 3), prze-znaczone do sieci wykorzystujących adresowanie IP. Są to urządzenia zarówno stacjonarne, jak i mobilne, które

930 MECHANIK NR 8–9/2016

Rys. 3. Rodzina modułów Scalance firmy Siemens Industry Software (źródło: www.siemens.com)

mogą pracować samodzielnie lub stanowić elementy do-łączane do systemów sterowania programowego. W celu zapewnienia bezpieczeństwa systemy komunikacyjne mogą być wykorzystywane w opcjach struktur redundant-nych, ponieważ mają wbudowane odpowiednie opcje sprzętowe. Dozwolone są najróżniejsze topologie połą-czeń i nieograniczone kombinacje przenikania się wszyst-kich architektur, tak aby jak najlepiej oddać rzeczywistą strukturę sterowanego procesu, systemu itp. Szczególny nacisk położono na szybkość transmisji, zabezpieczenie stabilności i poufności połączenia oraz łatwość konfigura-cji i testowania.

Mitsubishi Electric

Firma Mistubishi Electric proponuje autorskie rozwią-zanie systemu informatycznego fabryki przyszłości pod nazwą e-F@ctory (rys. 4), które opiera się na wykorzy-staniu sprzętowo-programowej struktury MES Interface, zapewniającej bezpośrednie połączenie (bez konieczno-ści stosowania komputerów lub innych bramek komuni-kacyjnych) pomiędzy sterownikami maszyn i urządzeń umieszczonych w hali produkcyjnej ze środowiskiem MES (manufacturing execution system). Wbudowany w system High-speed Data Logger skutecznie pobiera różne dane pomiarowe bezpośrednio ze sterowników, bez wymogu instalowania specjalnego urządzenia/programu do reje-strowania danych. Interfejs pozwala na automatyczne ge-nerowanie baz SQL za pomocą prostych ustawień i uła-twia podłączenie urządzeń produkcyjnych.

Bezpośrednie przekazywanie zdarzeń ma wyraźny wpływ na zmniejszenie obciążenia systemu informa-tycznego (sieci) – według producenta nawet o 65%. Za-budowane mechanizmy dbają o przyporządkowanie od-powiednich znaczników czasowych każdej wiadomości i zmiennej oraz zapewniają niezawodną transmisję da-nych poprzez wykorzystanie funkcji buforowania w razie wystąpienia błędu komunikacji. Co istotne, buforowanie może być aktywne także bez załączonego sterownika programowalnego.

Rys. 4. Koncepcja e-F@ctory firmy Mitsubishi Electric (źródło: www. e-factory-alliance.com)

Gromadzone dane dotyczą: aktualnych wyników dzia-łań operacyjnych i inspekcyjnych, stanu używanego sprzętu, bieżących wyników kontroli jakości, identyfikowa-nia i śledzenia strumieni produkcyjnych. W przypadku wy-korzystywania sterowników pochodzących od innych wy-twórców możliwe jest zastosowanie GOT1000 HMI MES Interface jako sprzętowego, dwukierunkowego bufora wpinającego zewnętrzny „obcy” sterownik bezpośrednio w strukturę sieci zakładowej.

Kolejnym pomysłem z zakresu integracji informatycznej realizowanej także „w poziomie” jest wspólna platforma iQ, obejmująca całą gamę rozwiązań sprzętowych i przy-gotowana specjalnie z myślą o urzeczywistnieniu nowo-czesnej fabryki przyszłości e-F@ctory. W skład platformy iQ wchodzą: sterowniki PLC i NC, kontrolery napędów, przekształtniki, sterowniki robotów i panele operatora. Uzyskanie maksymalnej elastyczności i efektywności przy przesyłaniu danych jest możliwe dzięki wykorzysty-waniu wielu rodzajów sieci przemysłowych, przy czym standardem jest stworzona przez Mitsubishi Electric sieć CC-Link o otwartej architekturze. Obsługuje ona zarów-no dane sterujące (procesowe), jak i produkcyjne. Jest to sieć deterministyczna. Warstwa fizyczna i warstwa łącza wykorzystują technologię sieci Ethernet (IEEE 802.3). Przepustowość osiąga 1 Gbit/s. W sieci może funkcjono-wać wiele protokołów: TCP/IP, CC-Link IE Field, CC-Link IE Control, Modbus/TCP, Profinet, Ethernet/IP, EtherCat. Dzięki odpowiednim modułom komunikacyjnym wszystkie urządzenia automatyki mogą też pracować z wykorzysta-niem innych popularnych sieci miejscowych, typowych dla warunków przemysłowych: Profibus-DP, Modbus/RTU, DeviceNet, As-Interface, Melsecnet/H, SscnetIII/H, CA-Nopen.

Zintegrowany, jednolity pakiet oprogramowania iQ Works składa się z kilku modułów. Są to:● GX Works – oprogramowanie narzędziowe do sterow-ników (odpowiedzialne za graficzną konfigurację syste-mu, zintegrowaną konfigurację sterowania ruchem),● MT Works – graficzne oprogramowanie do konserwacji i projektowania sterowania ruchem,● GT Works – środowisko do tworzenia ekranów graficz-nych terminali operatorskich,● RT ToolBox – oprogramowanie konfiguracyjne do ro-botów (do programowania, uruchamiania, obliczeń i kon-serwacji),● FR Configurator – oprogramowanie konfiguracyjne do przetwornic prądu przemiennego,● Navigator – narzędzia do zarządzania całym syste-mem, pozwalające na parametryzację (przy powtarzają-cych się zadaniach programistycznych prowadzi więc do znacznej redukcji kosztów, minimalizując błędy i pomaga-jąc zmniejszyć całkowity koszt.

eWon

Komunikacja pomiędzy maszynami, sterownikami itp. nie zawsze odbywa się w obszarze jednej hali produkcyj-nej lub ogólnie – w ramach wewnętrznej sieci zakładowej. W wielu wypadkach konieczne są zdalne monitorowanie urządzeń i wymiana danych z tymi urządzeniami, które znajdują się w różnych lokalizacjach oddzielonych od siebie przestrzenią sieciową o dostępie publicznym (np. w przypadku oddalonych oddziałów firmy czy rozległej dyslokacji maszyn i urządzeń). Taka sytuacja wymaga dysponowania bezpiecznym kanałem komunikacyjnym, zapewniającym efektywne przesyłanie danych. Dotyczy to także możliwości zdalnego sterowania i monitorowania

932 MECHANIK NR 8–9/2016

Rys. 5. Rodzina modułów komunikacyjnych firmy eWon (źródło: http:\\ewon.biz)

stanu sterowników. Nie jest to łatwe zadanie, ponieważ na przeszkodzie swobodnej komunikacji stoją sieciowe systemy zabezpieczające (np. wewnętrzne routery czy firewall). Rozwiązaniem mogą być wówczas sprzętowe bramki realizujące odległe połączenie, np. M2M Router firmy eWon (rys. 5), oparte na dedykowanych sprzęto-wych układach. Są one wyposażone w różnorodne inter-fejsy (LAN, RS 232/485/422, 3G+, PSTN itp.), umożliwia-jące dołączenie szerokiej gamy urządzeń i sterowników programowalnych (PLC/CNC/HMI).

Zasada komunikacji bazuje na współpracy konkretnego sterownika z urządzeniem M2M pełniącym rolę pośred-nika. Pozyskane informacje są udostępniane przez sieć Internet za pomocą połączeń kanałem VPN (virtual pri-vate network) oraz z wykorzystaniem ogólnodostępnych portów TCP o numerach 443 (HTTPS) i 1194 (UDP) – to oznacza „przezroczystość” dla systemów nadzoru sieci oraz pozwala na realizowanie w pełni bezpiecznej, dwu-kierunkowej komunikacji, w tym pozyskiwanie danych, parametrów konfiguracyjnych, alarmów czy ostrzeżeń ze sterowników. Zabudowany w strukturze urządzenia ser-wer protokołu http ułatwia używanie przeglądarki interne-towej jako panelu zdalnego operatora. Poufność zapew-nia szyfrowanie z 256 SSL.

Loy & Hutz

Jednym z założeń koncepcji Industry 4.0 jest wprowa-dzenie szeroko rozumianej informatyzacji – nie tylko w pio-nie, lecz także w poziomie. Sformułowanie „informatyzacja w pionie” oznacza w tym przypadku swobodną wymianę informacji pomiędzy różnymi systemami informatycznymi realizującymi rozmaite zadania w hierarchicznej struktu-rze wytwarzania – zaczynając od czujników i prostych ele-mentów wykonawczych, a kończąc na środowisku MES i ERP. To pociąga za sobą bardzo wysokie wymagania, jakie stawia się środowisku informatycznemu współcze-snego, inteligentnego zakładu.

Należy zwrócić uwagę na fakt, że nie istnieje goto-we oprogramowanie wspierające całą ideę Industry 4.0 – to zagadnienie jest wieloparametrowe i zbyt zło-żone, by sprostał mu standardowy produkt. Wdrażanie takiego projektu jak Industry 4.0 nie może się odbyć szybko, lecz musi być planowane na lata i – jak twier-dzą niektórzy badacze – przypuszczalnie nigdy się nie skończy, gdyż jest działaniem prawdziwie ewolucyjnym. Przedsiębiorstwa będą się musiały zaopatrzyć w wiele specjalistycznych aplikacji, np.: ERP, MES, Access, re-lacyjne bazy danych, Excel, środowiska analityczne czy oprogramowanie specjalne. Takie programy zazwyczaj

są niejednorodne i mają różne interfejsy użytkownika, zatem dane muszą być przetwarzane z wykorzystaniem różnych platform operacyjnych. Częstym problemem jest także niejednoznaczność lub brak zamienności interfej-sów, a wtedy potrzebne są narzędzia programowe, które mogą sprostać tym wyzwaniom. Nie bez znaczenia jest również złożoność prac informatycznych koniecznych do wykonania. Jak wynika z badań przeprowadzonych przez naukowców z University of Oxford (na próbie 2000 du-żych projektów informatycznych), tylko niewielką liczbę takich prac zrealizowano w terminie i zgodnie z zaplano-wanym budżetem. Niestandardowe projekty informatycz-ne przekraczały budżet średnio o 32%, a czas ich wdro-żenia wydłużał się w stosunku do planu aż o 71%. Niemal w połowie przypadków (45%) inwestorzy/klienci nie byli zadowoleni z wyników.

Proponowane przez firmę Loy & Hutz środowisko Wave i4 jest uniwersalną platformą dla aplikacji bazoda-nowych. Składa się z układu podstawowego i dowolnej liczby pakietów użytkowych. Aplikacje mogą być po-łączone w przedsiębiorstwach w sposób indywidualny (odpowiednio do potrzeb) i włączone (zintegrowane) do środowiska informacyjnego. Podstawowy system zawie-ra wszystkie funkcje, moduły, aplikacje i bazy danych stosowane zazwyczaj w takich sytuacjach. Możliwe są: definiowanie procesów, analiza i ocena istotnych danych, szybkie tworzenie i łatwe dołączanie niestandardowych aplikacji.

Festo

Firma Festo oferuje autorską koncepcję cyfrowej fabryki o nazwie Automation Platform CPX. Jest to zestaw urzą-dzeń pozwalających na wykorzystanie w procesie auto-matyzacji produkcji – tworzeniu sterowania – zarówno układów elektrycznych, jak i pneumatycznych. Zapewnia łatwą i szybką integrację oraz skalowalność tworzonych instalacji. Warto zauważyć, że zgodnie z filozofią firmy nowoczesne (inteligentne) urządzenia technologiczne nie tylko zapisują, przetwarzają i udostępniają informacje o realizowanych procesach, lecz także mogą je samo-dzielnie analizować i prezentować odpowiednie raporty na temat aktualnego stanu technicznego maszyny. Ma to na celu dokładne określenie/przewidzenie momentu wy-stąpienia uszkodzenia lub awarii oraz podjęcie odpowied-nich działań uprzedzających, aby uniknąć kosztownych przestojów. Monitorowanie stanu maszyny jest realizowa-ne zgodnie z wymaganiami VDME (Verband Deutscher Maschinen-und Anlagenbau e.V.).

Phoenix Contact

W ofercie firmy Phoenix Contact są specjalizowane mosty łączące maszyny wykorzystujące standard sieci przemysłowej Profinet z systemami chmur obliczenio-wych ProfiCloud. Połączenie jest realizowane za pomo-cą lokalnego układu dopasowującego Proficloud coupler i wbudowanego kontrolera. Transmisja danych odbywa się w standardzie sieci Internet. Możliwe jest także za-stosowanie dedykowanych punktów dostępowych, które bezpośrednio łączą dowolne urządzenie/sygnał z chmurą bez konieczności tworzenia oprogramowania. To pozwa-la na realizowanie zdalnych, skomplikowanych obliczeń z wykorzystaniem mocy oferowanej przez rozwiązania chmurowe, a także na pozyskiwanie informacji (np. o wa-runkach pogodowych) do sieci przemysłowej bezpośred-nio z Internetu.

Interesujące wydają się także sprzętowe systemy służące do rozszerzania zasięgu sieci w standardzie Ethernet. Niektóre instalacje systemów automatyki (np. instalacje chemiczne i ciągi komunikacyjne) charaktery-zują się bardzo dużą rozległością, znacznie przekracza-jącą możliwości standardowych systemów sieciowych. Rozwiązania Phoenix Contact umożliwiają zwiększenie dystansu pracy sieci aż do 20 km. Urządzenia pracują w trybie autonomicznych i zarządzanych mostów, samo-czynnie rozpoznających topologię sieci. Automatycznie dostosowują się do wymaganej przepustowości, prowa-dzą stałą diagnostykę utrzymywanego połączenia i prze-kazują specjalistyczne raporty do centrum zarządzania za pomocą protokołu SNMP (simple network management protocol ).

Wbrew wielu obawom związanym z zastosowaniem sieci bezprzewodowych w środowiskach przemysłowych firma Phoenix Contact proponuje bardzo szeroką gamę tego typu urządzeń transmisyjnych. Wykorzystywane są standardy publicznych sieci komórkowych (GPRS/ED-GE/3G), które oferują praktycznie nieograniczony zasięg, a także nielicencjonowane pasmo 2,4 GHz (Trusted Wi-reless 2.0, WLAN, Bluetooth) z zasięgiem komunikacji na dystansach od kilkuset metrów do 20 km. Gwarantowa-ne przepustowości są bezpośrednio związane z medium transmisyjnym i zawierają się w przedziale od 9600 bps do 300 Mbps. Urządzenia te mogą samodzielnie współ-pracować ze sterownikami programowalnymi, znacznie rozszerzając zasięg ich działania.

Gesinn i HMS – z myślą o tradycyjnych obrabiarkach

Ponieważ parki maszynowe współczesnych zakładów przemysłowych nie zawsze składają się wyłącznie z no-woczesnych, w pełni skomputeryzowanych obrabiarek, dlatego producenci oferują również dodatkowe urządze-nia, instalowane w zakładach posiadających tradycyjne maszyny.

Przykładem może być Wikibox – specjalizowany inter-fejs, promowany przez firmę Gesinn. Jest to sprzętowa forma komunikacji M2M. Płyta główna bazuje na zaawan-sowanym procesorze z architekturą ARM oraz dużej ilości pamięci operacyjnej (1024 Mb). Jest wyposażona w naj-różniejsze porty komunikacyjne (Ethernet 10/100/1000 Mbit/s, USB, I2C, SPI, UART). Może pracować samodziel-nie i gromadzić dane w pamięci podręcznej na dysku SSD (128 MB) lub jako aktywny element struktury informatycz-nej Industry 4.0.

Podobne urządzenia – SG-gateways – oferuje także firma HMS. Zapewniają one komunikację pomiędzy róż-nymi urządzeniami i środowiskami programistycznymi. Są odpowiednie do znanych w automatyce przemysłowej protokołów Modus, Profibus, Profinet, Ethernet/IP, M-bus. Wspierają też protokoły wykorzystywane w sterowaniu urządzeń energetycznych (IEC61850 oraz IEC60870-5-104), takich jak: generatory, napędy, układy filtracyjne i zabezpieczające. Mogą pracować samodzielnie albo jako elementy składowe instalacji PLC, monitorowania czy nadzoru.

* * *Badania realizowane w ramach projektu „Zaawanso-wane techniki wytwarzania przekładni lotniczych”, nr umowy Innolot/I/10/NCBR/2014 – INNOGEAR, współfi-nansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Roz-woju. ■

MECHANIK NR 8–9/2016 933

16_0190_AZ_AMB_fertigung_85x255_PL.indd 1 02.08.16 13:21